由于具有较高的表面换热系数和热流密度,沸腾换热技术在工业生产和高新技术领域中具有重要的应用价值。而泡沫金属因其高孔隙率、复杂的三维网状互通结构,被认为是极具研究价值的强化沸腾换热结构。本文创新性地提出一种微细通道多孔介质复合结构,对其进行了科学合理的可视化沸腾换热实验,系统研究了微细槽道几何参数对其表面强化沸腾换热特性的影响规律,获得了其表面强化换热作用机理,并采用可视化技术分析了其汽泡运动行为。具体研究内容和结论如下:(1)在实验测试范围内,微细通道多孔介质复合结构表面沸腾起始过热度最小值仅为0.5K、最大值也只有1.9K,平均沸腾起始过热度仅为1.4K;各微细通道多孔介质复合结构表面最大热流密度、最大表面换热系数均大于无槽铜泡沫表面,槽深0.9mm槽宽0.6mm表面在过热度为18K时有复合结构表面中的最大热流密度3.1×10~6 W/m~2,是无槽铜泡沫表面临界热流密度的1.4倍,是无槽铜泡沫表面在相同过热度时热流密度的6.3倍,该表面有复合结构表面中的最大换热系数1.8×10~5 W/(m~2·K),是无槽铜泡沫表面最大换热系数的3.3倍。微细通道多孔介质复合结构表面更易较早进入沸腾换热状态,可在较小的过热度下达到较高的热流密度及表面换热系数,大幅提高了临界热流密度和推迟膜态沸腾,强化沸腾换热效果显著。(2)复合结构表面中,槽深0.9mm槽宽0.6mm表面沸腾换热性能最优,槽深0.9mm槽宽0.9mm表面沸腾换热性能最差,槽深、槽宽对沸腾换热强化效果的影响规律十分复杂,但存在普遍性规律,在复合结构强化沸腾换热效果最佳时,随着槽深的增加,对应的最优槽宽逐渐减小。改变槽深、槽宽,复合结构中有效换热面积、泡沫多孔结构体积随之改变,进而影响汽核密度、汽泡逸出、工质补充等情况,存在合理的槽深、槽宽,使微细通道多孔介质复合结构表面的沸腾换热性能最优。(3)汽泡动力学研究结果:对汽泡动态变化的可视化研究结果与实验数据分析结果具有一致性,微细通道多孔介质复合结构表面能够明显提前沸腾起始点,增加汽化核心,推迟沸腾危机点,提高临界热流密度;复合结构中,下层铜基微细通道为毫米级槽道,上层泡沫多孔结构为微米级孔隙,双尺度结构可满足沸腾换热不同阶段对结构尺度的不同要求,使沸腾过程更加稳定有序;在低热流密度情况下,随着过热度的增加,各表面汽泡的跃离直径均有增加;在相同过热度情况下,随着槽深、槽宽的增加,各表面汽泡的跃离直径都略有增加,但是变化不明显;在低热流密度阶段,随着热流密度增加,汽泡与外界热交换加快,生长周期变短,可近似认为汽泡脱离频率随着槽深、槽宽的增加而减小。